陳根：全球首例非人靈長類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口在北京試驗(yàn)成功

陳根談科技 2023-05-09 發(fā)布于陜西

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文/陳根

日前，由南開大學(xué)教授段峰團(tuán)隊(duì)牽頭與中國人民解放軍總醫(yī)院（301醫(yī)院）、上海心瑋醫(yī)療科技股份有限公司聯(lián)合完成的，全球首例非人靈長類動(dòng)物介入式腦機(jī)接口在北京試驗(yàn)成功，實(shí)驗(yàn)人員在猴腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)了介入式腦機(jī)接口腦控機(jī)械臂。該實(shí)驗(yàn)對(duì)推動(dòng)腦科學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)展具有重要意義，標(biāo)志著我國腦機(jī)接口技術(shù)躋身國際領(lǐng)先行列。

什么是腦機(jī)接口？

所謂腦機(jī)接口，指在人或動(dòng)物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。腦機(jī)接口技術(shù)則是可以將腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制指令，從而幫助運(yùn)動(dòng)功能障礙患者如腦卒中、漸凍癥等與外部設(shè)備交互，從而提升生活質(zhì)量。

目前，腦機(jī)接口方式主要有兩種，分別是侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口。其中，侵入式腦機(jī)接口是將電極植入大腦皮層功能區(qū)附近；由于直接接觸大腦皮層，這種方式獲取的腦電信號(hào)是準(zhǔn)確度最高的，但也由于它采取的是有創(chuàng)的接入方式，因而會(huì)對(duì)人體造成較大損傷，并可能出現(xiàn)炎性反應(yīng)、排異反應(yīng)等。非侵入式腦機(jī)接口通過頭皮采集腦電信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)是安全，缺點(diǎn)是隔著頭皮采集到的信號(hào)純度和信噪比較差，質(zhì)量不高。而此次的介入式腦機(jī)接口實(shí)際上就是侵入式腦機(jī)接口的一種，通過微創(chuàng)介入方式，將血管穿刺小口，通過類似心臟支架的微創(chuàng)手術(shù)實(shí)現(xiàn)腦機(jī)連接；創(chuàng)傷較以往的侵入式腦機(jī)接口更小，信號(hào)質(zhì)量較非侵入式腦機(jī)接口更高。

腦機(jī)接口技術(shù)在中國的發(fā)展

去年，研究團(tuán)隊(duì)在羊身上完成了首例介入式腦機(jī)接口動(dòng)物試驗(yàn)。腦電極植入術(shù)由介入機(jī)器人輔助完成，研究人員則在主端操作完成了部分血管造影。試驗(yàn)最終在羊腦血管內(nèi)完成了傳感器植入，并成功采集到了腦電信號(hào)。當(dāng)時(shí)，該試驗(yàn)前后共進(jìn)行了3次。過程中，研究團(tuán)隊(duì)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在支架電極設(shè)計(jì)、信號(hào)提取、手術(shù)操作上不斷優(yōu)化，以求達(dá)到更好的試驗(yàn)效果。

在此基礎(chǔ)上，此次在猴腦內(nèi)實(shí)現(xiàn)介入式腦機(jī)接口腦控機(jī)械臂的實(shí)驗(yàn)取得了進(jìn)一步的發(fā)展。介入式腦電傳感器通過頸靜脈，進(jìn)入矢狀竇，到達(dá)猴運(yùn)動(dòng)皮層腦區(qū)；實(shí)現(xiàn)了介入式腦電信號(hào)從被動(dòng)采集到主動(dòng)控制的技術(shù)飛躍，突破了血管內(nèi)腦電信號(hào)采集、介入式腦電信號(hào)識(shí)別等核心技術(shù)；并在術(shù)后成功采集并識(shí)別到非人靈長類動(dòng)物介入式腦電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)物對(duì)機(jī)械臂的主動(dòng)控制。

腦機(jī)接口的未來之路

此次在非人靈長類動(dòng)物腦內(nèi)開展的介入式腦機(jī)接口試驗(yàn)研究成果，是從0到1的進(jìn)步，促進(jìn)了介入式腦機(jī)接口從實(shí)驗(yàn)室前瞻性研究向臨床應(yīng)用邁進(jìn)。下一步，將通過優(yōu)化電極設(shè)計(jì)，驗(yàn)證其在動(dòng)物體內(nèi)長期植入的安全性、可靠性，采集信號(hào)后的進(jìn)一步分析、加工、轉(zhuǎn)化等工作完成，這將有助于推動(dòng)醫(yī)療企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。未來，介入式腦機(jī)接口在腦疾病醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的市場前景將會(huì)非常廣闊，而介入式腦機(jī)接口真正走到臨床，則還需要一段漫漫的鉆研之路。

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